基于系统动力学的装配式建筑安全风险影响因素分析

徐姣姣，江　林，黄萍莉(西华大学审计处, 四川 成都　610039)

2016年9月27日国务院办公厅发布的《关于大力发展装配式建筑的指导意见》(国办发〔2016〕71号)指出：要加快编制装配式建筑国家标准、行业标准和地方标准，逐步建立完善覆盖设计、生产、施工和使用维护全过程的装配式建筑标准规范体系；要创新装配式建筑设计，统筹建筑结构、机电设备、部品部件、装配施工、装饰装修，推行装配式建筑一体化集成设计，积极应用建筑信息模型技术，提高建筑领域各专业部门的协同设计能力。

2017年5月4日中国住房和城乡建设部官网发布的《建筑业发展“十三五”规划》确定了建筑节能及绿色建筑发展的目标，提出城镇新建民用建筑全部达到节能标准要求 ，能效水平比2015年提升20%，到2020年，装配式建筑面积占新建建筑面积比例达到15%。《规划》还明确要加大政策支持力度，明确重点应用领域，建立与装配式建筑相适应的工程建设管理制度。鼓励企业进行工厂化制造、装配化施工、减少建筑垃圾，促进建筑垃圾资源化利用,建设装配式建筑产业基地，推动装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构发展;因此，随着装配式建筑在我国的大力发展，对装配式建筑安全风险影响因素重要程度的研究就成了重要的研究课题。

由于装配式建筑与传统建筑的差异性，装配式建筑安全风险侧重点有所不同。目前，已经有不少学者针对装配式建筑安全进行研究。陈伟等[1]从装配式建筑工程施工的安全事故成因视角出发，分析装配式建筑施工安全主要影响因素，反映其构件生产作业空间、物流运输作业空间及现场装配作业空间多个维度施工安全的评价指标体系。文敏等[2]结合建筑工业化背景，针对预制装配式住宅工程施工安全事故的类型及其原因进行了分析，并对加强安全风险管理的相关措施进行了探讨。黄桂林等[3]研究结合影响装配式住宅施工过程安全风险的因素，并结合可拓学理论，构建了装配式住宅施工过程安全风险因素指标体系，并能够准确地得出装配式住宅施工过程的安全风险等级。杨爽[4]在事故致因理论、危险源辨识理论分析的基础上，针对装配式建筑施工特点，研究了装配式建筑施工安全评价指标选取的依据和原则，建立了装配式建筑施工安全评价指标。赵文虎[5]主要以装配式住宅的特殊性为例，分析和探讨建筑装配式住宅施工的安全隐患、安全风险管理原则及措施，提升施工安全水平，杜绝安全事故发生，保障施工作业的安全进行。本文从系统动力学的角度出发，分析装配式建筑安全风险因素之间的关系，对装配式建筑的推广起到一定的借鉴作用。

1　装配式建筑安全风险影响因素的类型

通过对来源于CNKI、SCI、EI、ASCE等的文献的阅读，在现有文献记录的基础上收集对装配式建筑安全风险影响的相关因素并对其进行提炼，形成初步的影响因素。为了更客观合理，本文对初步形成的建筑安全影响因素采用专家意见征询方式进行分析。专家意见征询表一共发放30 份调查问卷，收回28份，其中无效问卷2份。通过对收回的专家意见征询表进行整理分析得出影响装配式建筑安全风险影响的类型有4大类，分别为人为因素、制度因素、工艺因素和环境因素。具体如表1所示。

表1　装配式建筑安全风险影响因素的类型

表1(续)

2　基于SD理论的装配式建筑安全风险影响因素识别反馈模型

系统动力学(system dynamics，SD)是由美国麻省理工学院 J.W.Forrester 教授在1956年最先提出的以反馈控制论、信息论、系统论、决策过程论为基础，依托计算机模拟技术，分析研究信息反馈系统解决复杂动态行为与结构的综合学科[6-7]。研究者认为，系统的行为模式和特性主要取决于其内部结构与反馈机制;因此按系统动力学理论和方法建立的模型，借助于计算机模拟可以用于定性地研究系统问题[8]。本文运用Vensim建立基于系统动力学的装配式建筑安全风险影响因素识别反馈模型，对装配式建筑安全风险影响因素进行定性分析。由于反馈模型中所有的因素都是正向的，即对风险起增强的作用，为此本文在系统中引入了吊装作业调整(削弱反馈模型中各风险的增强作用)来平衡系统。装配式建筑安全风险影响识别反馈模型如图1所示。

图1　基于系统动力学的装配式建筑安全风险影响因素识别反馈模型

3　风险影响因素重要性程度的定性与定量分析

对装配式建筑安全风险影响因素进行重要性程度的定性与定量研究，可以找出影响装配式建筑安全风险的最大因素，从而对其中关键风险影响因素采取技术性解决措施，为降低施工阶段的安全风险提出指导性建议。本文分别采用系统动力学理论和层次分析法对装配式建筑安全风险影响因素进行定性和定量分析。通过对装配式建筑安全风险影响因素进行定性和定量分析，可以找出影响装配式建筑安全的最主要因素。

3.1　SD理论下装配式建筑安全风险影响因素反馈回路分析(定性分析)

反馈回路用来反映SD模型中因素之间的关系，以及相互作用后的风险趋势。SD理论下装配式建筑安全风险影响因素反馈回路的数量可以描述风险的相对大小[9-10]。回路的形成建立在装配式建筑安全风险影响因素识别反馈模型的基础之上。根据图1，在Vensim软件中，分别将人为因素、制度因素、工艺因素、环境因素置为当前状态，然后点击分析工具中的“反馈回路分析”，对以上4大类型进行反馈回路分析，得到4大类风险的反馈回路的个数。最后得到各因素的反馈回路如表2所示。

表2　装配式建筑安全风险影响因素反馈回路

通过反馈回路的信息可以得知，在装配式建筑安全风险分析过程中，各个风险并不是相互独立的，而是可以相互影响的，即一种风险可以影响另一种风险，进而可能对整个系统产生风险。从反馈回路的数量来看，人为因素对其余风险产生的影响最大，其次是工艺因素和技术风险。尽管在建立的模型中注明了每个箭头的极性，但 Vensim 并不提供反馈极性分析；所以需要自己逐个判断上述反馈环的极性。经作者判断的反馈环极性标在了每个环的最后面。正反馈环有自我强化的效果，负反馈环有自我调节的行为。

1)从反馈回路的正负来看，人为因素的因果回路中有5条正反馈环和9条负反馈环，从理论上说明了风险发生的趋势，同时也表明人为因素在通过正反馈环的自我加强效果使风险变大的同时，通过负反馈环自我调节可以使风险减小；制度因素、工艺因素和环境因素的因果反馈回路中都是负反馈环，说明在这3个因素中自我调节作用比自我强化作用大。所以对工程项目中的人为因素必须加以重视。

2)从反馈回路的数量分析，人为因素反馈回路最多，共有14条；所以人为因素对装配式建筑的安全风险影响最大，其次是工艺因素，再次是环境因素，最后是制度因素。

3.2　装配式建筑安全风险影响因素权重的确定(定量分析)

装配式建筑安全风险影响因素系统比较复杂，影响因素较多，各系统影响装配式建筑安全风向的作用强度各有差异。4大类型影响权重的确定，有利于分析各子系统因素对装配式建筑安全风险系统的影响大小及其相互间的作用关系，保证装配式建筑安全影响因素指标体系的系统性。在诸多因素构成的装配式建筑安全风险评价体系中，最为关键的环节就是确定它们的权重。为对装配式建筑进行定量分析，文章采用层次分析法进行权重计算。[11]具体步骤如下：

1)建立递阶层次结构模型，包括目标层、准则层、指标层。

2)对于各个层次之间的子区域中的各指标间相对重要性用数值形式表示，并写成矩阵形式，运用九级梯度法分析和确定因素间的相互重要性程度，构建两两判断矩阵

表3　装配式建筑安全风险影响因素权重计算及一致性检验表

通过上面的计算，可知装配式建筑安全风险影响因素中人为因素、制度因素、工艺因素、环境因素的权重分别为0.46、0.10、0.28、0.16。由此可见：人为因素和工艺因素对装配式建筑安全风险影响较大；其次是环境因素和制度因素。

4　结论与建议

4.1　结论

1)通过对基于SD的装配式建筑安全风险影响因素反馈回路进行分析(定性分析)可知：对装配式建筑安全风险影响最大的是人为因素，其次是工艺因素，最后是环境因素和制度因素。

2)通过装配式建筑安全风险影响因素权重的确定(定量分析)可知在装配式建筑安全风险影响因素中，权重最大的也是人为因素。人为因素中，影响最大的是人为的设计缺陷，其次是工艺因素，工艺因素中影响最大的是工厂预制中原材料使用不合理，最后是环境因素和制度因素。

3)通过对装配式建筑安全风险影响因素进行定性和定量分析可知，2种分析得出的结论是一致的。对装配式建筑安全风险影响最大的都是人为因素，其次是工艺因素，最后是环境因素和制度因素。

引入了吊装作业调整负反馈回路来平衡系统后，在进行定量分析的时候，要注意综合专家的打分，剔除不符合要求的打分表。通过对装配式建筑进行定性和定量分析可知，装配式建筑安全风险受多方面因素影响；但是根据影响程度的不同，在定性和定量分析的基础上可以针对影响程度不同的风险因素采取不同的防治措施。

4.2　建议

1)针对人为因素进行控制，加强各阶段工作人员的安全意识，提高各阶段技术人员的技术水平和责任心。目前具有装配式建筑施工经验的企业并不多，相关管理人员和技术人员也较为缺乏，而且总包方现场配备的主要管理人员，大部分仍然习惯于按照传统施工标准进行操作。在 PC建筑的管理要求、技术要求与传统习惯发生冲突时，往往以操作麻烦、标准要求高、措施费用高为理由，不乐于按照新标准、新技术进行施工，容易造成现浇部分施工精度差，从而影响到高精度的预制构件的吊装施工。应注意防范此类风险，尽量选择具有相关施工经验的总包方和愿意接受PC 理念的项目经理。

2)其次针对工艺因素进行控制，各项工艺必须严格按照相应的标准、技术规范执行。国内进行构件生产的厂家较多，但质量参差不齐。虽然一些具有多年生产经验的企业构件产品质量较好，但是也有一些企业起步较晚，技术积累和管理经验的缺乏，使得构件的质量相对较差；因此，建议在构件产品的选择上，慎重选择生产厂家。装配式建筑根据其不同的结构体系，施工工艺和施工环节略有不同，不合理的结构体系导致复杂的施工工艺会给现场的安全管理带来诸多危害。装配式建筑达到一定的预制率之后，其工艺流程相对简单，安装操作方便，而伴随着机械化程度的提高，整体劳动强度变小，安全风险减小。

3)针对环境因素和制度因素进行控制，对于各技术人员应加强培训，并加强各项技术的监测，尽量避开恶劣环境施工，采取合理的措施来控制环境造成的不良影响。吊装影响范围必须与其他区域临时隔离，非工作人员严禁进入吊装作业区，吊装人员必须按规定佩戴安全防护用具。

[1] 陈伟,付杰,熊付刚，等. 装配式建筑工程施工安全灰色聚类测评模型[J]. 中国安全科学学报,2016,11(3):70.

[2]文敏,王辉,吴凤平. 预制装配式住宅楼施工安全风险管理探讨[J]. 四川建材,2015(5):262.

[3]黄桂林,胡明路. 基于可拓学理论的装配式住宅施工过程安全风险评价研究[J]. 工业安全与环保,2017,37(2):33.

[4]杨爽. 装配式建筑施工安全评价体系研究[D].沈阳：沈阳建筑大学,2016.

[5]赵文虎. 建筑装配式住宅施工安全风险管理探析[J]. 建筑安全,2017，35(5):13.

[6]杨勇,张可. 基于系统动力学的区域企业家精神演化模型及政策仿真研究[J].科技进步与对策，2014，31(5)：137.

[7]张波,虞朝晖，孙强，等. 系统动力学简介及其相关软件综述[J]. 环境与可持续发展,2010,42(2):1.

[8]唐伟，雷星晖，李玲玲，等. 系统动力学在战略风险评价及控制中的适用性[J].同济大学学报(自然科学版)，2012，40(4)：645.

[9]汤彦宁. 基于系统动力学的装配式住宅施工安全风险研究[D].西安：西安建筑科技大学,2015.

[10]陈国卫,金家善,耿俊豹.系统动力学应用研究综述[J].控制工程,2012,34(6):921.

[11]邓雪,李家铭.层次分析法权重计算方法分析及其应用研究[J].数学的实践与认识,2012,42(7):93.